ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์ kwanchai2002@hotmail.com
.
.
วงจรควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเป็นวิศวกรรมไฟฟ้าอีกสาขาหนึ่งที่มีความสำคัญในการใช้งานและบำรุงรักษามอเตอร์ ความเข้าใจในภาษา Ladder Diagram และ Ladder Logic จึงมีความสำคัญในการทำงานอัตโนมัติของมอเตอร์ วงจรควบคุมมอเตอร์ประกอบด้วยอุปกรณ์อินพุต (Input Devices) ทำหน้าที่ในการตรวจวัดสภาวะหรือเงื่อนไขต่าง ๆ
.
และอุปกรณ์เอาต์พุต (Output Devices) ทำหน้าที่สร้างการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขหรือสภาวะต่าง ๆ ให้เกิดขึ้น ซึ่งอุปกรณ์ทั้งสองดังกล่าวเป็นหัวใจของวงจรควบคุมมอเตอร์ ในบทความฉบับนี้ต้องการนำเสนอพื้นฐานของ Ladder Diagram และ Ladder Logic รวมถึงข้อมูลเบื้องต้นของอุปกรณ์อินพุต (Input Devices) และอุปกรณ์เอาต์พุต (Output Devices) ที่ใช้งานในวงจรควบคุมมอเตอร์
.
Ladder Logic
ตรรกะ (Logic) ของภาษา Ladder มีหลักการเช่นเดียวกับวงจรดิจิตอล โดยอุปกรณ์จะทำงานในสภาวะ ON หรือ OFF อย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่งเป็นลักษณะของคณิตศาสตร์แบบ Boolean ที่แสดงด้วยความสัมพันธ์ของเลขสองตัว คือเลข 0 แทนสภาวะ OFF และเลข 1 แทนสภาวะ ON โดยเลข 0 และ เลข 1 เป็นเลขฐานสอง (Binary Number System) โดยมีฟังก์ชั่นของเลขฐานสองได้แก่ AND, OR และ NOT
.
ตารางที่ 1 ฟังก์ชั่น “AND”
.
ตารางที่ 2 ฟังก์ชั่น “OR”
.
ผู้อ่านลองนึกถึงวงจรไฟฟ้าแสงสว่างที่บ้านประกอบด้วยหลอดฟลูออเรสเซนต์ขนาด 40 วัตต์ 1 ดวงและสวิตซ์ไฟชนิดขั้วเดียว (Single Pole) 1 อัน โดยสวิตซ์ไฟจะทำงานเปิดวงจร (OFF) หรือไฟดับและปิดวงจร (ON) ไฟสว่าง ลองจินตนาการให้วงจรไฟฟ้าแสงสว่างเดียวกันนี้มีสวิตซ์สองตัวต่ออนุกรมกันในการเปิดปิดไฟ ในกรณีนี้สวิตซ์หมายเลข 1 และสวิตซ์หมายเลข 2 ต้องปิดวงจรพร้อมกันหลอดไฟจึงจะติด ตัวอย่างนี้จึงเป็นตัวอย่างของฟังก์ชั่น AND ตามตัวอย่างในรูปที่ 1
.
รูปที่ 1 สวิตซ์ S1 และ S2 ต้องทำงานปิดวงจรพร้อมกันหลอดไฟจึงจะติด
.
ภาษา Ladder diagram จะมีตรรกะและฟังก์ชั่นเช่นเดียวกันกับเลขฐานสอง โดยที่อุปกรณ์อินพุตที่ต่ออนุกรมกันจะทำงานแบบฟังก์ชั่น AND ขณะที่อุปกรณ์อินพุตที่ต่อขนานกันจะทำงานแบบฟังก์ชั่น OR
.
ชนิดของ Ladder Diagram
Ladder Diagram มีสองประเภทคือ วงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสองสาย (Two–wire Control Circuit) และวงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสามสาย (Three-wire Control Circuit)
.
วงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสองสายตามรูปที่ 2 ซึ่งใช้สตาร์ทมอเตอร์ในกระบวนการผลิตบางประเภท ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้แก่ Maintained Contact Switching Devices (S1) เป็นสวิตซ์ที่กดแล้ว เมื่อปล่อยมือหน้าสัมผัสจะยังค้างอยู่ Relay Coil (M1) เป็นขดลวดเหนี่ยวนำ และ Thermal Overload Relay Contact (OL) เป็นอุปกรณ์ป้องกันกระแสมอเตอร์เกินพิกัด
.
โดยมีขั้นตอนการทำงานดังนี้คือ เมื่อกดสวิตซ์ S1 หน้าสัมผัสจะปิดวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวด M1 และสตาร์ทมอเตอร์ในที่สุดโดยกระแสโหลดของมอเตอร์ต้องไม่เกินพิกัดของ Thermal Overload Relay และเมื่อกดสวิตซ์อีกครั้งหนึ่ง หน้าสัมผัสจะเปิดวงจรและมอเตอร์จะหยุดทำงาน
.
วงจรควบคุมมอเตอร์ประเภทนี้ เมื่อไฟฟ้าดับหน้าสัมผัสของ Maintained Contact Switching Devices จะคงสถานะปิดวงจร (Closed) ไว้อยู่ เมื่อไฟฟ้าจ่ายตามปกติชุดสตาร์ทเตอร์ก็จะสั่งสตาร์ทมอเตอร์อัตโนมัติ ทำให้มอเตอร์กลับทำงานตามปกติ วงจรประเภทนี้ใช้ในตู้เย็นหรือเครื่องปรับอากาศตามบ้าน ซึ่งไม่ต้องมีใครไปกดปุ่มสตาร์ทเมื่อไฟมาปกติ
.
รูปที่ 2 วงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสองสายในการสตาร์ทมอเตอร์
.
วงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสามสายตามรูปที่ 3 ซึ่งมีใช้ในการสตาร์ทมอเตอร์ของกระบวนการผลิตบางประเภทเช่นเดียวกัน โดยวงจรชนิดนี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้แก่ Momentary Push Button (START), Momentary Push Button (STOP) เป็นปุ่มกดที่เมื่อกดปุ่มแล้วหน้าสัมผัสจะเปลี่ยนสถานะชั่วขณะและเมื่อปล่อยมือหน้าสัมผัสจะกลับสู่สถานะเดิม Normally Open Relay Contact (M1) เป็นหน้าสัมผัสชนิดปกติเปิดวงจร Relay Coil (M1) และ Thermal Overload Relay Contact (OL) โดยมีขั้นตอนการทำงานดังนี้ คือ
.
รูปที่ 3 วงจรควบคุมมอเตอร์ชนิดสามสายในการสตาร์ทมอเตอร์
.
เมื่อกดปุ่มสตาร์ท หน้าสัมผัสของปุ่มสตาร์ทซึ่งปกติเปิดวงจรอยู่จะปิดวงจร ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ M1 ทำให้หน้าสัมผัส M1 ปิดวงจรโดยหน้าสัมผัส M1 คงสถานะนี้ไว้ (Latching) และมอเตอร์จะทำงานโดยกระแสโหลดของมอเตอร์ต้องไม่เกินพิกัดของ Thermal Overload Relay
.
เมื่อกดปุ่มหยุดเดินเครื่อง หน้าสัมผัสของปุ่มหยุดเดินเครื่องซึ่งปกติปิดวงจรก็จะเปิดวงจร เป็นการตัดวงจรไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าที่กำลังไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ M1 หยุดไหลและหน้าสัมผัส M1 เปิดวงจร ทำให้มอเตอร์หยุดทำงานในที่สุด
.
วงจรควบคุมมอเตอร์ประเภทนี้ เมื่อไฟฟ้าดับ หน้าสัมผัสต่าง ๆ ของชุดสตาร์ทเตอร์จะเปลี่ยนสถานะจากปิดวงจรเป็นเปิดวงจร เมื่อไฟมาเป็นปกติ ชุดสตาร์ทเตอร์จะไม่สามารถสั่งสตาร์ทอัตโนมัติ ผู้ใช้งานต้องเป็นผู้กดปุ่มเดินเครื่องอีกครั้งหนึ่ง (Manual Start) ใหม่
.
อุปกรณ์อินพุต (Input Devices) ที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์
อุปกรณ์อินพุตที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์แบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ Momentary Contact Device และ Maintained Contact Devices
.
Momentary Contact Device เป็น Spring–loaded Contact และแบ่งตามชนิดของหน้าสัมผัสได้เป็น 2 ชนิดคือ Normally Open Contact และ Normally Closed Contact คำว่า “Normally” หมายถึงสถานะของหน้าสัมผัสในกรณีที่ไม่มีสิ่งเร้าภายนอกกระทำต่ออุปกรณ์ ปุ่มกดสีเขียว “START” เป็นตัวอย่างของ Normally Open Momentary Push Button และปุ่มกดสีแดง “STOP” เป็นตัวอย่างของ Normally Closed Momentary Push Button
.
Maintained Contact Devices ไม่ได้เป็น Spring–loaded ดังนั้นอุปกรณ์ชนิดนี้จะคงสถานะ ON หรือ OFF ไว้ได้ นอกจากนี้ยังแบ่งตามชนิดของหน้าสัมผัสได้เป็น 2 ชนิดคือ Normally Open Contact และ Normally Closed Contact ปุ่มกดฉุกเฉิน หรือ Emergency Push Button เป็นตัวอย่างของอุปกรณ์ประเภท Maintained Contact Devices
.
อุปกรณ์ตรวจวัดที่เป็นอุปกรณ์อินพุตที่ใช้งานกันมากในวงจรควบคุมมอเตอร์ ได้แก่
.
อุปกรณ์เอาต์พุต (Output Devices) ที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์
อุปกรณ์เอาต์พุตที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์ได้แก่
1. Relay Coil แบ่งได้เป็น Magnetic Motor Starter, Contractor และ Control Relay เป็น รีเลย์ที่ประกอบด้วย ขดลวดเหนี่ยวนำ หน้าสัมผัส และส่วนที่ป้องกันกระแสมอเตอร์เกินพิกัดจากการทำงานของ Thermal Overload Relay
.
Thermal Overload Relay มีอยู่ 2 ชนิด ชนิดแรกคือ Bi–metallic Thermal Overload Relays ที่ประกอบด้วย Heater Coil ที่ให้ความร้อนขดลวดจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดขึ้นกับกระแสโหลดเกินพิกัด และ Bi–metal Unit ทำหน้าที่ในการขยายตัว/หดตัวทำให้หน้าสัมผัส (Contacts) ทำงาน และชนิดที่สอง คือ Solder Pot Thermal Overload Relays ประกอบด้วย Heater Coil และ Eutectic Solder ทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนโลหะภายในหลอมละลายภายใต้กระแสโหลดเกินพิกัด และทำให้หน้าสัมผัสทำงาน
.
หน้าสัมผัสของ Thermal Overload Relay เป็นชนิด Normally Closed เมื่อกระแสโหลดมอเตอร์เกินพิกัด หน้าสัมผัสจะเปิด (open) ทำให้กระแสไฟฟ้าที่กำลังไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนำหยุดไหล และมอเตอร์ก็จะหยุดทำงาน
.
* Contactor เป็นรีเลย์ที่ทำหน้าที่ปลดสับกระแสโหลดที่มีค่าสูง (High Load Current) แต่ไม่มี Thermal Overload Relay ในการป้องกันกระแสเกินพิกัด (Running Overload Current)
.
* Control Relay ทำหน้าที่ในการตัดวงจรที่มีค่ากระแสน้อย เช่น Timing Relays แบ่งเป็น ON–delay (Delay on Operate) หน่วงเวลาในการทำงาน, OFF–delay (Delay on Release) หน่วงเวลาในการเปิดวงจร และ Repeat Cycle Delay ทำงานและหยุดทำงานเป็นช่วง ๆ
.
2. Pilot Indicating Light ใช้ในการแจ้งเตือนด้วยแสง (Visual Indication) ถึงหน้าที่ที่เกิดขึ้น หรือการทำงานบางอย่างในสถานการณ์ ON หรือ OFF
.
3. Audio Sounding Devices ใช้ในการแจ้งว่ามีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นในกระบวนการผลิต หรือแจ้งเตือนผู้ใช้งานถึงสถานการณ์บางอย่างที่เกิดขึ้น
.
รูปที่ 4 Common symbols used in Ladder diagram and motor control circuit
.
เอกสารอ้างอิง 1. Ladder Logic Basics : EC&M April 2007 page 18 – 22
อินดัสตรี้ ลิงก์ 
